Литиевый элемент питания

Не следует путать с литий-ионным аккумулятором.

Литиевый элемент — одноразовый (неперезаряжаемый) гальванический элемент, в котором в качестве анода используется литий или его соединения. Катод и электролит литиевого элемента может быть разных видов, поэтому термин «литиевый элемент» объединяет группу элементов с одинаковым материалом анода.

Литиевый (Li/FeS₂) гальванический элемент формфактора АА, 1,5 В

Литий-железо-дисульфидные (Li/FeS₂) гальванические элементы формфактора АА, 1,5 В

Литиевые гальванические элементы формфактора CR123A, 3 В

Миниатюрный литиевый гальванический элемент ДМЛ-120 (МЛ2325, аналог CR2325)

Устройство миниатюрного литиевого элемента CR2032

В зависимости от выбранного типоразмера и используемых химических материалов, литиевый элемент питания может производить напряжение 1,5 В (совместим с щелочными элементами) или 3 В. Литиевые элементы питания широко распространены в современной портативной электронной технике, "таблеточные" (CR2025, CR2032 и другие) часто используют для питания энергонезависимой памяти BIOS, напольных и кухонных весов, калькуляторов, пультов дистанционного управления, игрушек, маленьких фонариков-брелоков и лазерных указок.

Достоинства

К достоинствам литиевых элементов можно отнести:

• меньшую, чем у серебра и ртути, дефицитность;
• возможность выполнения особо плоских и компактных элементов (толщиной 1-1,5 мм), позволяющих их использовать в небольших устройствах, такие как наручные часы;
• возможность получения различных рабочих напряжений (1,5: 2,8; 3 и 3,5 В), что невозможно реализовать в других видах гальванических элементов;
• исключительно малые токи саморазряда и высокая степень герметичности, что позволяет хранить литиевые элементы до начала эксплуатации 5-7 лет без нарушения герметичности;
• возможность хранения и работы в широком диапазоне отрицательных и положительных температур.

Химические процессы

Тип	Катод	Электролит	Номинальное напряжение	ЭДС холостого хода	Вт*ч/кг	Вт*ч/л
Li-MnO2 «CR»	диоксид марганца	Перхлорат лития в растворителе (пропиленкарбонат, диметоксиэтан)	3 В	3,3 В	280	580
Li-(CF)x «BR»	Фторид углерода	Тетрафторборат лития в пропиленкарбонате, диметоксиэтане, гамма-бутиролактоне	3 В	3,1 В	360-500	1000
Li-FeS2 «FR»	Дисульфид железа	пропиленкарбонат, диоксолан, диметоксиэтан	1,4-1,6 В	1,8 В
Li-SOCl2 «E»	Тионилхлорид	Тетрахлоралюминат лития в тионилхлориде	3,5 В	3,65 В	500-700	1200
Li-SO2Cl2	Сульфурилхлорид		3,7 В	3,95 В	330	720
Li-SO2	Диоксид серы	Бромид лития	2,85 В	3,0 В	250	400
Li-I2	Иод	Иодид лития	2,8 В	3,1 В
Li-Ag2CrO4	Хромат серебра	Перхлорат лития	3,1-2,6 В	3,45 В
Li-Ag2V4O11, Li-SVO, Li-CSVO	Оксид серебра+Оксид ванадия	Гексафторфосфат лития или гексафтороарсенат лития в пропиленкарбонате с диметоксиэтаном
Li-CuO «GR»	Окись меди	Перхлорат лития в диоксолане	1,5 В	2,4 В
Li-Cu4O(PO4)2	Copper oxyphosphate
Li-CuS	Сульфид меди		1,5 В
Li-PbCuS	Сульфид свинца и сульфид меди		1,5 В	2,2 В
Li-FeS	Сульфид железа	Пропиленкарбонат, диоксолан, диметоксиэтан	1,5-1,2 В
Li-Bi2Pb2O5	Lead bismuthate		1,5 В	1,8 В
Li-Bi2O3	Оксид висмута		1,5 В	2,04 В
Li-V2O5	Оксид ванадия		3,3/2,4 В	3,4 В	120/260	300/660
Li-CuCl2	Хлорид меди	LiAlCl4 или LiGaCl4 в SO2.
Li/Al-MnO2, «ML»	Оксид марганца		3 В
Li/Al-V2O5, «VL»	Оксид ванадия		3 В
Li-Se	Селен		1,9 В
Li-air	Углерод				1800-660	1600-600
Li-FePO4	Феррофосфат лития	Этиленкарбонат, диметилкарбонат, перхлорат лития	3,0-3,2 В	3,2 В	90-160	325

Тионилхлоридный катод

В качестве положительного электрода в т. н. литийтионилхлоридных батарейках применяется тионилхлорид. Химический процесс в батарее:

${\mathsf {4Li+2SOCl_{2}\rightarrow 4LiCl+S+SO_{2}}}$

Напряжение новой батареи 3.65 В, окончание разряда 3.0 В. Характеристика разряда плоская с резким падением напряжения в конце ёмкости.

Эти батарейки отличаются высокой плотностью энергии (0.5 кВт*ч/кг, 1.2 кВт*ч/л), длительными сроками работы (свыше 20 лет, саморазряд ~1 %/год) и широким температурным диапазоном (до −80..+130 °C). Однако их применение ограничено профессиональными применениями в связи с токсичностью содержимого и риском взрывного разрушения при коротком замыкании.

Батареи этого типа обладают склонностью к пассивации — осаждению плёнки хлорида лития на литиевом электроде при длительном отсутствии нагрузки или малых токах потребления. При этом внутреннее сопротивление батареи значительно растет. При нагружении батарея через некоторое время восстанавливает характеристики.

Литий-железофосфат, LiFePO4, "лифер"

Перезаряжаемые элементы, аккумуляторы. В отличие от более известных литий-ионных, пожаробезопасны, их повреждение не приводит к возгоранию, они обладают кратно большим ресурсом циклов заряда-разряда, что делает их востребованными в солнечной энергетике и на транспорте в некоторых странах.

Характерное рабочее напряжение - 3.2-3.3 вольт, в зависимости от нагрузки, причем это напряжение слабо зависит от степени заряженности. Требуют осторожности при заряде - в конце заряда напряжение резко растет, что может привести к выходу из строя.

К недостаткам можно отнести практическую невозможность заряда при отрицательных температурах, и меньшую удельную емкость в сравнении с традиционными литиевыми аккумуляторами.

Применение

Литиевые элементы нашли применение в устройствах, предъявляющих высокие требования к элементам питания на протяжении длительного срока службы, таким как электрокардиостимулятор и другие имплантируемые медицинские устройства. Такие устройства могут работать автономно до 15 лет. Применение литиевых элементов в устройствах с небольшим сроком службы не всегда оправдано. Так, литиевый элемент может прослужить дольше, чем детская игрушка, для которой он был приобретен. Диапазон применения литиевых элементов практически аналогичен применению щелочных элементов — это большое количество различных устройств, таких как часы или фотокамера.

Типоразмеры

Основная статья: Типоразмеры гальванических элементов

Небольшие («таблеточные») литиевые элементы часто используются в портативных электронных устройствах с малым энергопотреблением (часы, калькуляторы), а также в компьютерах для питания энергозависимой памяти CMOS и часов.

См. также

• CR-V3